高層建筑燃氣管道中的安全設(shè)計

1、<p>　　高層建筑燃氣管道中的安全設(shè)計</p><p>　　摘要：本文筆者結(jié)合高層建筑的特征，分析高層建筑燃氣管道安全設(shè)計需要注意的主要問題。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：燃氣設(shè)計；燃氣管道；安全設(shè)計；附加壓力 </p><p>　　中圖分類號：TU996 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　前

2、言 </b></p><p>　　隨著城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑越來越多。高層建筑集合了居民住宅樓、辦公、娛樂，商務等多功能一體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜嚴格的消防及安全要求對建筑設(shè)計的標準提出了較高的求。由于高層建筑自身的特殊性，其供氣與多層建筑供氣有一定的差別，如燃氣管道在設(shè)計中和有考慮不細致或處理不恰當，否則將造成嚴重的后果。 </p><p>　　燃氣的附加壓力計算 </

3、p><p><b>　　1附加壓力計算 </b></p><p>　　根據(jù)《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》GB 50028―2006的規(guī)定，民用低壓天然氣燃燒器的額定壓力Pn=2000Pa。由于低壓管網(wǎng)沿程阻力和局部阻力對用戶的影響不同，允許燃具前壓力在一定范圍內(nèi)波動。當燃具前壓力在0.75Pn～1.5Pn內(nèi)波動時，仍能達到燃燒器燃燒的要求。若超出此范圍，燃具的熱效率低，燃燒不穩(wěn)定，

4、燃燒噪聲大，出現(xiàn)脫火或回火等現(xiàn)象。另外由于不完全燃燒，煙氣中的CO含量超標，可能導致引發(fā)事故。 </p><p>　　目前高層建筑的燃氣設(shè)計主要采用低壓進戶，在計算低壓燃氣管道的壓力損失時，應考慮因建筑高度而引起的燃氣附加壓力ΔH。計算公式如下： </p><p>　　ΔH=9.8× (ρk－ρm)× h(1) </p><p>　　式中：ΔH―

5、―燃氣的附加壓力，Pa； </p><p>　　ρk――空氣的密度，kg／Nm3； </p><p>　　ρm――燃氣的密度，kg／Nm3； </p><p>　　h――燃氣管道終點、起點的高程差，m。 </p><p>　　以采用天然氣為例，ρm=0.7919kg／Nm3，ρk=1.293kg／Nm3，由式(1)，得： </p>

6、<p><b>　　ΔH=4.92h </b></p><p>　　當整個低壓管網(wǎng)只有極少數(shù)用戶在用氣，而高層建筑又離調(diào)壓器較近時，自調(diào)壓器出口管至表前的整個管段的壓降微手其微，可認為引入管前壓力接近于調(diào)壓器出口壓力。附加壓力的疊加就極易使某些層以上的用戶灶前壓力超過其最高允許壓力波動范圍。這種工況是高層建筑燃氣管網(wǎng)的最不利運行工況。 </p><p>

7、　　由于附加壓力的作用，當超過一定高度時，必然使燃具前壓力超過3000Pa。例如某高層引入管處壓力p1=2000Pa，設(shè)定最不利工況，即只有幾戶用氣，阻力僅為燃氣表的阻力和干支管阻力(約150Pa)。設(shè)用戶燃具前的壓力為p2，則 </p><p>　　p2=p1+ΔH－150Pa=1850Pa+4.92h </p><p>　　當p2=3000Pa時，h=233m。因此當樓層高度超過233

8、m時，附加壓力的影響會使灶前壓力超過燃燒器的允許波動范圍。 </p><p>　　但為了使用戶燃具前的壓力波動范圍變小，更接近pn，有必要采取措施，減小附加壓力的影響。 </p><p>　　2附加壓力影響的消除 </p><p>　　(1)對于較低的高層建筑，因附加壓力小，可以用增加管道阻力的方法，如縮小立管管徑和采用分段閥門來減小附加壓力的影響。 </p&

9、gt;<p>　　(2)對于較高的高層建筑，分開設(shè)置高層供氣系統(tǒng)和低層供氣系統(tǒng)，以分別滿足不同高度樓層用戶的燃具的工作壓力，使燃具前壓力接近2000Pa。 </p><p>　　(3)對于較高的高層建筑，可在用戶表前設(shè)置低―低壓調(diào)壓器，消除樓層的附加壓頭，使燃具前壓力接近2000Pa。 </p><p>　　(4)對于超高的高層建筑，采用中壓進戶表前調(diào)壓的方式，在每個用戶表前

10、設(shè)中―低壓調(diào)壓器，使燃具前壓力接近2000Pa。 </p><p>　　二、燃氣立管的應力計算與熱補償 </p><p><b>　　1應力計算 </b></p><p>　　高層建筑立管長，自重和環(huán)境溫度的變化導致管道受到重力產(chǎn)生的應力和熱應力的作用。當應力達到一定程度時，造成管道扭曲、斷裂，引發(fā)事故。 </p><p&g

11、t;　　管道自重產(chǎn)生的應力 </p><p>　　管道的壓力主要是由重力產(chǎn)生，可用下式計算應力值： </p><p>　　σg＝ηG?H／A(2) </p><p>　　式中：σg――管道自重產(chǎn)生的應力，MPa； </p><p>　　η――地震影響系數(shù)，取1.33； </p><p>　　G――單位長度燃氣管道自重，

12、KN / m； </p><p>　　H――燃氣立管高度，m ； </p><p>　　A――立管管壁的橫截面積，mm2。 </p><p><b>　?、?管道的熱應力 </b></p><p>　　隨著立管周圍環(huán)境溫度的變化，會產(chǎn)生伸縮變形和熱應力。如果管道的兩端均為固定支座的立管，因溫差使兩端固定管道的伸縮完全受到

13、約束，因此而產(chǎn)生的應力。則： </p><p>　　σt=αΔtE(3) </p><p>　　式中：σt――溫度產(chǎn)生應力，MPa； </p><p>　　α――鋼材線性膨脹系數(shù)，m／m?℃，0℃到80℃平均線性膨脹系數(shù)為1.2X10-5m／m?℃； </p><p>　　Δt――設(shè)計溫差，即管道在計算狀態(tài)下的溫度與安裝溫度的差，℃； <

14、;/p><p>　　E――管材的彈性模量，MPa，普通鋼在20℃時2.02×105MPa。 </p><p>　　由式(3)可以看出，σt與Δt成正比關(guān)系，隨著Δt增大，σt增大?？梢娫诎惭b燃氣管道時，Δt最小，熱應力σt也最小。 </p><p><b>　　2熱補償 </b></p><p>　?、?管道因溫差

15、產(chǎn)生的伸縮量 </p><p>　　管道兩端不固定時伸縮量的計算公式為: </p><p>　　ΔL=103×αlLΔt (4) </p><p>　　式中：ΔL――管道的伸縮量，mm； </p><p>　　α――管材的線膨脹系數(shù)，m／m?℃，通常工作狀態(tài)下平均線性膨脹系數(shù)為1.2X10-5m／m?℃。 </p>&

16、lt;p>　　L――管道的長度，m； </p><p>　　Δt――管道安裝時與運行中最大溫差，℃。 </p><p>　　由式(4)可以看出，隨著Δt增大，ΔL增大；隨著管長增大，ΔL也增大?？梢娫诎惭b燃氣管道時，Δt最小，管道的伸縮量也最小。 </p><p>　　二、高層建筑的燃氣計量和安全措施 </p><p><b>

17、;　　1燃氣計量 </b></p><p>　　過去均采用人工逐戶抄表收費的方式，這種方式勞動強度大、效率低、擾民、不便于管理。近年來出現(xiàn)的無線智能型燃氣抄表系統(tǒng)，集成了傳感計量、無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和單片機控制技術(shù)，具有以下優(yōu)點。 </p><p>　　(1)無需入戶收費，保證了住宅的私密性。 </p><p>　　(2)由于僅用數(shù)據(jù)采集器采集用戶用氣量，

18、提高了收費效率并減輕勞動強度，尤其適用于高層建筑。 </p><p>　　(3)借助計算機收費管理系統(tǒng)，通過銀行自動扣除相應氣費，提高整體管理水平。 </p><p>　　(4)傳輸信號穩(wěn)定，接受信號快捷，實用可靠。 </p><p>　　(5)實現(xiàn)了計量數(shù)據(jù)遠傳、測控及抄讀，并具備數(shù)據(jù)動態(tài)分析的功能。 </p><p><b>　

19、　2安全措施 </b></p><p>　　由于高層建筑的特殊性，因此需采取相應的安全措施。引入管宜設(shè)快速切斷閥，管道上宜設(shè)自動切斷閥、燃氣泄漏報警器和送排風系統(tǒng)等自動切斷聯(lián)鎖裝置。尤其是25層以上的高層建筑，宜設(shè)燃氣泄漏集中監(jiān)視裝置和壓力控制裝置。 </p><p>　　三、建筑物的沉降對燃氣管道設(shè)計的影響 </p><p>　　建筑物建成后都會產(chǎn)生大

20、小不同的沉降，建筑物的沉降對燃氣引入管的影響非常嚴重。由于建筑物沉降時，燃氣引入管是相對靜止的，因此燃氣引入管要承受建筑物作用產(chǎn)生的切應力，當切應力超過極限時，管道就會斷裂，造成燃氣泄漏。因此，在燃氣設(shè)計中要采取一定的措施保護引入管。 </p><p>　?、?在立管(或穿墻管)前的水平管上加設(shè)一個波紋管補償器，利用補償器的補償能力來減小引入管的切應力。 </p><p>　　② 在立管(

21、或穿墻管)前的水平管上加設(shè)幾個彎頭(最好用煨彎)，相當于加設(shè)一個方型補償器，用彎頭的自然補償來減少引入管的受力。此種方法簡單易行，但是受位置的限制。 </p><p>　?、?在引入管穿越墻體時加設(shè)鋼套管，鋼套管保證燃氣管道的上部與鋼套管的間隙大于建筑物的最大沉降量，下部也應留有一定的間隙。 </p><p><b>　　4 其他安全措施 </b></p>

22、<p>　　由于高層建筑高度高，層數(shù)多，人員密集，一旦發(fā)生火災，人員疏散困難，因此應合理配置先進設(shè)備，采取安全措施。具體措施有： </p><p>　?、?在引入管處設(shè)置快速切斷閥，每隔6～7層加一個分段閥門。 </p><p>　　② 各用戶設(shè)置燃氣報警裝置、自動切斷裝置、送排風系統(tǒng)等。燃氣報警裝置和自動切斷裝置、送排風系統(tǒng)應連動。 </p><p>

23、;　?、?高層建筑的燃氣管道、燃氣設(shè)備應定期檢修，保障其安全運行。 </p><p><b>　　四、結(jié)語 </b></p><p>　　本文以上針對高層建筑燃氣管道的安全設(shè)計問題進行了分析，筆者認為高層建筑的燃氣道管道設(shè)計過程中，應綜合考慮燃氣管道安裝高層建筑物的氣源、壓力、建筑安全環(huán)境以及消防安全，并要根據(jù)該建筑的結(jié)構(gòu)特點和高層建筑長久使用等多方面的因素，因此確定